600MW機組脫硝改造后空預器堵塞原因及解決措施

陳博

摘 要：近年來，隨著社會經濟的發展，環保問題越來越受到社會各界的關注。作為用煤大戶——火電廠，更是承受著越來越大的環保壓力。隨著火電廠超凈排放概念的提出，各個電廠紛紛開展了環保改造。但是在環保改造之后，隨之帶來了一系列意想不到的問題，例如許多電廠進行了脫硝改造之后空預器出現了堵塞現象，不但影響機組的經濟性，機組負荷帶不到額定出力，同時還會造成吸風機運行工況差，甚至嚴重威脅機組的安全運行，因此如何盡量減少脫硝改造后給機組造成的影響值得探討。

關鍵詞：600MW機組；脫硝改造；SCR；空預器堵塞

中圖分類號：X511 文獻標識碼：A

0.前言

我公司600MW機組鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產的HG-1900/25.4-YM4型一次中間再熱、超臨界壓力變壓運行帶內置式再循環泵啟動系統的本生（Benson）直流鍋爐。空氣預熱器為三分倉回轉再生式空預器。煙氣脫硝采用選擇性催化還原法（SCR）脫硝工藝，煙氣從鍋爐省煤器后煙道引出，通過SCR反應器進行脫硝反應后，再送回空氣預熱器前煙道。脫硝還原劑采用液氨。該機組脫硝自從2014年5月份投產以來，為了控制氮氧化物排放合格，日常運行中控制噴氨量較大，氨逃逸率較高，導致生成副產物NH4HSO4，引起空預器局部堵塞現象。空預器堵塞后引起了煙氣系統阻力增大，爐膛負壓隨阻力變化大幅波動，廠用電率上升；堵塞嚴重時，空預器漏風量明顯增大，兩側排煙溫度偏差明顯增大，鍋爐排煙損失增加，同時送引風機電流大幅波動，甚至出現過風機失速等問題，嚴重影響了機組的安全運行。

1.空預器堵塞原因分析

該機組現在采用的是選擇性催化還原法（SCR）脫硝工藝，具體反應原理如下：

NO+ NO2+2NH3→2N2+3H2O

4NO2+4NH3+O2→4N2+6H2O

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

具體流程如圖1所示。

在日常運行過程中為了降低NOx排放，往往采取加大噴氨量的方法，造成氨逃逸率較高。煤中一般都含有一定含量的硫份，會與鍋爐中的氧氣反應生成SO3，在一定條件下SO3會與逃逸的氨反應生成NH4HSO4，具體反應原理如下：

NH3 +SO3 +H2O→NH4HSO4

而NH4HSO4是一種類似于“鼻涕”的物質，它會吸附灰塵粘接到空預器上，久而久之會造成空預器堵塞。空預器堵塞后引起了爐膛負壓大幅波動，煙氣系統阻力增大，廠用電率上升，后期堵塞嚴重時，空預器漏風量明顯增大，兩側排煙溫度偏差明顯增大，鍋爐排煙損失增加，同時送引風機電流大幅波動，甚至出現過風機失速等問題，嚴重威脅了機組的安全運行。

2.應對措施

由以上可以看出造成空預器堵塞的主要原因是由于NH4HSO4的黏性造成的，因此如果能盡量減少NH4HSO4的生成，空預器的堵塞現象將大幅改善，個人認為應從以下幾個方面采取措施：

2.1 提高脫硝效率

由于NH4HSO4的生成大部分是由逃逸的NH3引起的，如果能提高脫硝效率，降低氨逃逸率，就能有效減少NH4HSO4生成，因此可采用以下措施：

2.1.1進行低氮燃燒器改造

如果能在煙氣進入SCR反應區之前就降低煙氣中的NOX，這樣既能減少脫硝的噴氨量，具有可觀的經濟性，又能有效的降低氨逃逸率，減少NH4HSO4的生成。該機組在2013年就進行了低氮燃燒器的改造，成功的將SCR反應區前煙氣中NOX的含量由將近600mg/m3 降到300mg/m3以下，大大降低了噴氨量，有效降低了噴氨量及氨逃逸率。

2.1.2根據煤種選擇合適的催化劑提高脫硝效率

脫硝效率的高低與催化劑的選擇有著直接關系，而各地區煤質差距較大，因此根據煤質選擇合適的催化劑對提高脫硝效率有著至關重要的作用。該機組所在地區的煤質見表1。

按結構催化劑分為板式、波紋式和蜂窩式，我廠兩臺600MW機組脫硝改造較早，因此在選型時在兩臺鍋爐上分別選擇了蜂窩式和板式催化劑兩種進行對比觀察，后經半年運行時間觀察，發現相對于我廠煤種蜂窩式效率明顯比板式的要的多，且系統阻力增大程度完全在可接受范圍內。

2.1.3 提高催化劑的活性

一般脫硝催化劑主要以TiO2為載體，以V2O5作為主要的活性成分，催化劑一般在煙溫309℃～420℃運行效率最高，低于低限溫度或高于高限溫度運行，催化劑就都會失活。一般機組負荷低于60%額定負荷后煙溫普遍低于309℃，因此在機組負荷低于60%額定負荷催化劑活性降低后為了控制出口 NOx合格往往通過增加噴氨量來實現，這樣一來大大的增加了氨逃逸率，加劇了空預器堵塞情況。該鍋爐從高溫再熱器后引入一路高溫煙氣旁路到脫硝入口，保持入口煙溫在309℃～420℃，催化劑高效率運行，達到減少氨逃逸率的目的。

2.2 控制入爐硫份

從上述反應機理上來看，煤中硫份的存在也是NH4HSO4生成的主要原因，盡量使用低硫煤，根據負荷不同，科學調配入爐煤種，這樣既能減少NH4HSO4的生成，避免空預器堵塞，又能有效的減輕脫硫環保排放的壓力。

2.3 提高空預器冷段溫度對NH4HSO4熱熔

另外根據NH4HSO4的物化特性，當溫度超過150℃后會進行分解。日常運行中可采取分階段調整單側風機出力提高空預器排煙溫度對NH4HSO4進行熱熔，經過現場實踐該方法對于解決空預器堵塞效果還是比較明顯的，但是提高排煙溫度的同時要考慮到對空預器、除塵器以及脫硫設備等影響，另外大幅度提高單側風機出力還應防止另一側風機進入失速區導致風機失速或喘振引起不安全事件發生，應在早期進行。

2.4 對空預器蓄熱元件進行改造

空預器冷端蓄熱元件涂搪瓷及波紋板波形改造，有效降低空預器運行中粘接程度和降低煙氣差壓。

結論

我公司兩臺600MW機組在進行脫硝改造后不同程度地出現了空預器堵塞的現象，最嚴重時因空預器堵塞引風機入口負壓高導致機組負荷最高僅能維持70%額定負荷，后經采取燃燒器改造、煙氣旁路改造、空預器冷端材質更換等手段使得空預器堵塞情況明顯好轉，當然本文討論的只是在空預器出現堵塞的緩解手段，距離根本解決因脫硝改造后造成的空預器阻力大還需以后進一步研究探索。

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